一种多层集成的柔性多模态传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种多层集成的柔性多模态传感器，属于生理信号检测技术领域；解决现有技术中的多模态传感器多采用平面式分布方式，存在面积大、集成度低的问题；本发明专利技术的传感器自下而上包括压力传感层、非暴露式传感层、暴露式传感层和柔性封装层；压力传感层包括第一柔性基底及设置于第一柔性基底上的压力传感器和对应的导联线；非暴露式传感层包括设置于压力传感层上的第二柔性基底及设置于第二柔性基底上的非暴露式传感器和对应的导联线；暴露式传感层包括设置于非暴露式传感层上的第三柔性基底及设置于第三柔性基底上的暴露式传感器和对应的导联线；柔性封装层覆盖于暴露式传感层上，且刻蚀掉暴露式传感器、神经电极和电刺激器正上方的区域。电刺激器正上方的区域。电刺激器正上方的区域。

【技术实现步骤摘要】
一种多层集成的柔性多模态传感器


[0001]本专利技术涉及生理信号检测
，特别涉及一种多层集成的柔性多模态传感器。

技术介绍

[0002]随着医疗健康领域相关技术的不断发展，植入性健康监测设备的应用也越来越广泛。而柔性电子由于轻薄柔小的特点，非常适用于医疗健康领域很多对设备的体积、重量、集成度有高要求的场景，譬如养老、日常健康管理、运动训练等。具体来说，将芯片和集成电路柔性化，将微型的柔性设备植入人体内部，在不影响人体健康以及生活习惯的情况下实现人体生理信息的检测，从而协助医疗机构、个人用户、运动员进行疾病治疗、健康管理和指导训练。为满足柔性传感器植入人体的需求，传感器的小型化与集成化是未来新的发展趋势，但是现在的柔性传感器普遍面临面积体积较大、集成程度不高等问题，制约着柔性电子技术的发展。
[0003]现有的柔性传感器集成技术主要可以分为单一基底上在平面分布着各种不同的传感器和不同基底上进行异质集成两种形式，但这两种方式都面临着面积较大，不适合植入式的应用场景的问题，或部分体积较小的传感器却因为传感器种类单一，无法满足多模态的测试需求。因此研究多模态传感器高密度集成技术，探索出可以实现传感器微型化、小型化的切实可行的设计方案，对于满足植入式传感器的多信号检测的需求，减少植入创伤并获得更准确的信号，有着至关重要的意义。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种多层集成的柔性多模态传感器；解决现有技术中的多模态传感器多采用平面式的分布方式，存在面积大、集成度低的问题。
[0005]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供了一种多层集成的柔性多模态传感器，所述传感器自下而上包括压力传感层、非暴露式传感层、暴露式传感层和柔性封装层；
[0007]所述压力传感层包括第一柔性基底，及设置于所述第一柔性基底上的压力传感器和所述压力传感器对应的导联线；
[0008]所述非暴露式传感层包括设置于压力传感层上的第二柔性基底，及设置于第二柔性基底上的非暴露式传感器和与所述非暴露式传感器对应的导联线；
[0009]所述暴露式传感层包括设置于非暴露式传感层上的第三柔性基底，及设置于第三柔性基底上的暴露式传感器和所述暴露式传感器对应的导联线；
[0010]所述柔性封装层覆盖于所述暴露式传感层上，且刻蚀掉所述暴露式传感器、神经电极和电刺激器正上方的区域。
[0011]进一步的，所述多模态传感器的压力传感层、非暴露式传感层和暴露式传感层在所述多模态传感器的接口处设置为阶梯形状；在各层阶梯处设置每一层对应的导联线的金
手指。
[0012]进一步的，所述导联线设置为任意形状的弯曲图形；
[0013]每一层的导联线在其所在层延伸至多模态传感器的接口处，在所述接口处的阶梯位置进行暴露处理。
[0014]进一步的，所述暴露式传感器包括钾钠离子传感器、氧分压传感器、神经电极及电刺激器；所述钾钠离子传感器和氧分压传感器采用嵌入探头式结构或敏感层突出探头式结构；
[0015]所述钾钠离子传感器和氧分压传感器采用嵌入探头式结构时，所述第三柔性基底与第二柔性基底为相同的4mm*8mm尺寸；所述钾钠离子传感器、氧分压传感器、神经电极及电刺激器均设置于所述第三柔性层上，且位于4mm*8mm柔性基底范围内。
[0016]进一步的，所述钾钠离子传感器和氧分压传感器采用敏感层突出探头式结构时，所述第三柔性基底在4mm*8mm形状外，还包括多个与所述第三柔性基底相同材料的突出探头，所述钾钠离子传感器和氧分压传感器设置于所述突出探头上；所述多个突出探头避开所述多模态传感器接口处设置。
[0017]进一步的，所述第一柔性基底、第二柔性基底和第三柔性基底采用相同或不同的基底材料。
[0018]进一步的，所述柔性基底材料采用可光刻的PI或SU
‑
8；或不可光刻PI或Parylene。
[0019]进一步的，所述第二柔性基底和第三柔性基底的制备过程包括：
[0020]在所述压力传感层和非暴露式传感层上旋涂两次柔性基底材料；
[0021]使用氧气干法对所述柔性基底材料进行刻蚀，得到平整的所述第二柔性基底和第三柔性基底材料；
[0022]按照氧气与四氟化碳体积比1:1的组分比，通过等离子刻蚀方法对平整的所述第二柔性基底和第三柔性基底材料表面进行刻蚀，得到所述第二柔性基底和第三柔性基底；所述柔性基底的厚度为7
‑
10μm。
[0023]进一步的，所述多模态传感器的底面尺寸为4mm*8mm，厚度小于300μm；
[0024]所述压力传感器的制备过程包括：
[0025]设置左右对称且形状为8mm*8mm的第一柔性基底；
[0026]在所述第一柔性基底上图形化左右对称的2n个压力敏感膜窗口，n为压力传感器个数；
[0027]在2n个所述压力敏感膜窗口对应制备压力传感器的上电极板和下电极板，并在所述第一柔性基底上制备压力传感器的导联线；
[0028]将所述第一柔性基底沿对称轴对折，使得下电极板与上电极板对准覆盖，且中间加入压力传感器薄膜，形成压力传感器。
[0029]进一步的，在所述第二柔性基底和第三柔性基底上制备导联线，包括：
[0030]在所述第二柔性基底和第三柔性基底上沉积一层金属铬，金属铬的厚度小于15nm；
[0031]在金属铬上采用光刻图形化工艺制备固态金属材料的导联线；
[0032]或在金属铬上采用丝网印刷或喷墨打印工艺制备导电液体材料的导联线；所述导联线的厚度小于300nm。
[0033]本技术方案的有益效果：
[0034]1.本专利技术的多层集成的柔性多模态传感器采用三层传感器结构，其中第一层和第三层为开放式暴露传感器，可以用于与外界互通信息的传感量的感知，如化学量(钾钠离子、氧气)和物理量(电生理电极、压力传感器)；第二层为非暴露式传感器，可以用于与检测非必要与外界接触的物理量的监测，如温度传感器、应力传感器等。本专利技术的传感器不同的柔性基底可以采用相同或不同的柔性基底材料，采用非异质集成手段，在传统MEMS工艺下，形成了多层立体柔性传感器，减小了传感器的体积。
[0035]2.本专利技术导联线也采取分层结构，并且层与层之间不存在时空上的交集，多层互不相连的导联线延伸至柔性FPC接头部分，通过柔性衬底开口工艺，实现导联线接口处的全暴露，进而可以有效地通过FPC接头使各传感器部分与信号处理单元连通。此种连接方式与传统的单层平行走线的优势在于无需进行多层走线的通孔连接，进而降低了制作的难度，提高了成品率。
[0036]3.本专利技术的多层集成的传感器，在集成相同数量的传感器的情况下，其面积可以由平面式结构的2cm*3cm缩小至4mm*8mm，而高度与平面式结构类似，均小于300μm，极大的减小了传感器的体积，提高了集成度。
[0037]本专利技术的其他特征和优点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层集成的柔性多模态传感器，其特征在于，所述传感器自下而上包括压力传感层、非暴露式传感层、暴露式传感层和柔性封装层；所述压力传感层包括第一柔性基底，及设置于所述第一柔性基底上的压力传感器和所述压力传感器对应的导联线；所述非暴露式传感层包括设置于压力传感层上的第二柔性基底，及设置于第二柔性基底上的非暴露式传感器和与所述非暴露式传感器对应的导联线；所述暴露式传感层包括设置于非暴露式传感层上的第三柔性基底，及设置于第三柔性基底上的暴露式传感器和所述暴露式传感器对应的导联线；所述柔性封装层覆盖于所述暴露式传感层上，且刻蚀掉所述暴露式传感器、神经电极和电刺激器正上方的区域。2.根据权利要求1所述的多层集成的柔性多模态传感器，其特征在于，所述多模态传感器的压力传感层、非暴露式传感层和暴露式传感层在所述多模态传感器的接口处设置为阶梯形状；在各层阶梯处设置每一层对应的导联线的金手指。3.根据权利要求1所述的多层集成的柔性多模态传感器，其特征在于，所述导联线设置为任意形状的弯曲图形；每一层的导联线在其所在层延伸至多模态传感器的接口处，在所述接口处的阶梯位置进行暴露处理。4.根据权利要求1所述的多层集成的柔性多模态传感器，其特征在于，所述暴露式传感器包括钾钠离子传感器、氧分压传感器、神经电极及电刺激器；所述钾钠离子传感器和氧分压传感器采用嵌入探头式结构或敏感层突出探头式结构；所述钾钠离子传感器和氧分压传感器采用嵌入探头式结构时，所述第三柔性基底与第二柔性基底为相同的4mm*8mm尺寸；所述钾钠离子传感器、氧分压传感器、神经电极及电刺激器均设置于所述第三柔性层上，且位于4mm*8mm柔性基底范围内。5.根据权利要求4所述的多层集成的柔性多模态传感器，其特征在于，所述钾钠离子传感器和氧分压传感器采用敏感层突出探头式结构时，所述第三柔性基底在4mm*8mm形状外，还包括多个与所述第三柔性基底相同材料的突出探头，所述钾钠离子传感器和氧分压传感器设置于所述突出探头上；所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛宁，刘铁柱，刘春秀，赵明，姚镭，庄澄宇，孙瑄，封红青，周军，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：